Área de estudio

El estudio de la reconstrucción de eventos geomorfológicos con base en los crecimientos anuales de P. ponderosa se realizó en la montaña Los Picos de Davis al noreste de Múzquiz, al centro-norte del estado de Coahuila de Zaragoza, México (^{Instituto Nacional de Estadística y Geografía [INEGI], 2009}) (Figura 1a). Los sitios de estudio cañón del Oso (OSO) y cañón Ojo de Agua (OJO) se localizan entre las coordenadas 28° 58' 12.45" (28.9701°) N y -102° 01' 27.99" (-102.0244°) W (Figura 1b).

Figura 1 a) Ubicación geográfica del área de estudio Los Picos de Davis, Múzquiz, Coahuila, México; b) distribución de los puntos de muestreo en los dos cañones; y c) vista panorámica de Los Picos de Davis. 

Los Picos de Davis se ubican en la provincia fisiográfica Sierra Madre Oriental (SMO) (Figura 1c). Dentro de las ocho subprovincias que conforman la SMO y de las tres que están dentro del municipio de Múzquiz, el área se encuentra en la subprovincia denominada Serranía del Burro, en la región hidrológica Bravo-Conchos (RH24), dentro de la cuenca hidrográfica presa Falcón-río Salado y en la subcuenca río Álamos (RH24Df) (^{INEGI, 2009}); la corriente de agua intermitente que circunda el área lleva por nombre Los Picos (^{INEGI, 2017}).

En Los Picos de Davis predomina un clima tipo B (seco): seco semicálido (BS₀hw) y semiseco templado (BS₁kw(x´)). La temperatura media anual oscila entre los 14 a 22 °C y la precipitación varía de 300 a 700 mm (^{INEGI, 2009}).

La vegetación del área de estudio se compone de bosque de pino-encino (40 %) y bosque de encino (38 %) principalmente, chaparral (17 %) y en un porcentaje bajo (5 %) se encuentra vegetación de pastizal dominando la especie Bouteloua oligostachya (Nutt.) Torr. ex A. Gray (zacate navajita) (^{INEGI, 2018}). La especie de pino que se distribuye en el área de estudio es P. ponderosa (^{Farjon, Pérez-de la Rosa, & Styles, 1997}; ^{Callabam, 2015}).

Diseño de muestreo

El muestreo fue selectivo. Los ejemplares arbóreos se seleccionaron con base en evidencias claras de daños externos, que muy posiblemente se originaron por avenidas torrenciales (Figura 2). Los indicadores de daños que se consideraron en el análisis fueron: heridas en los troncos con formación de callo o anomalías similares, árboles con pérdida de fuste y sustitución por una(s) rama(s) secundaria(s) o bifurcados, árboles inclinados, así como hundidos por los materiales arrastrados. Los árboles se localizaron con un sistema de posicionamiento global (GPS) y se contextualizaron en unidades geomorfológicas como ladera de montaña, terrazas, lóbulos y abanicos aluviales.

Figura 2 a) Árbol con indicio macroscópico y con potencial para detectar eventos de avenidas torrenciales en el centro del cañón del Oso en la montaña Los Picos de Davis; b) árbol con disturbio dendrogeomorfológico: descortezado por impacto de carga sólida de la corriente; y c) cuña preparada para su análisis con evidencia de cicatrices por impacto de roca (flechas). 

Obtención de muestras dendrocronológicas

Las muestras dendrocronológicas se extrajeron con el apoyo de una motosierra. En árboles vivos y muertos en pie se extrajeron cuñas pequeñas (Figura 2c); para el caso de árboles derribados se cortó una sección transversal. Las muestras se obtuvieron cerca de donde se observó el indicador de daño, se procuró que fueran lo más completas posibles y con la mejor claridad de los registros de daños. A cada muestra se asignó una clave de identificación: OSO, OJO, que señalan el sitio en que se recolectó; seguido de un número (01, 02, 03…) indicando el árbol. Asimismo, en un formato de campo, se registró la información adicional siguiente: clave, coordenadas geográficas, altura sobre el nivel del mar, tipo de disturbio ambiental, indicador de daño (externo o interno) y exposición de cada individuo.

Preparación de muestras

Las muestras se pulieron con varios granos de lija, progresivamente de la más gruesa a la más fina (120-1200), hasta lograr una superficie lisa y con buen contraste de la estructura de los anillos de crecimiento. Posteriormente, se hizo el prefechado que consistió en el conteo visual de los anillos de crecimiento de cada muestra bajo un microscopio estereoscópico. Después, se elaboró un skeleton-plots (gráficos de crecimiento) para cada muestra; técnica empleada para relacionar y comparar las series de crecimiento de todas las muestras y definir un patrón común que permita tener un fechado exacto (^{Stokes & Smiley, 1996}). Adicionalmente, cada serie de crecimiento se comparó con una cronología maestra de referencia del sitio para detectar anomalías (anillos perdidos, dobles y falsos). Esta cronología se elaboró a partir de curvas de crecimiento mejor correlacionadas entre sí y sin disturbios significativos en los anillos. Una vez observada la sincronía de los patrones de crecimiento entre muestras, se asignaron fechas a cada uno de los crecimientos anuales, así como la fecha precisa del anillo de crecimiento donde se percibió el disturbio o daño.

El siguiente paso fue la medición de cada uno de los crecimientos anuales por muestra, con un sistema de medición de anillos de árboles Velmex (modelo TA4030H1-S6, Velmex Inc., Nueva York, EUA) que permite una precisión de 0.001 mm. Este equipo con platina de fase deslizable es acoplado a una computadora y vinculado al software de medición MeasureJ2X para Windows que sirve para capturar y leer las mediciones (^{Robinson & Evans, 1980}).

La calidad del fechado y medición de las muestras se verificó con el programa COFECHA, el cual se basa en el análisis estadístico de correlación entre series, comparando segmentos de 50 años con traslapes de 25 años; el programa también compara cada una de las muestras con la serie promedio (^{Holmes, 1983}).

Datación y análisis dendrogeomorfológico

Para el análisis dendrogeomorfológico se aplicaron los principios de ^{Shroder (1978)} que se centran en la relación sistemática del proceso-evento-respuesta entre los fenómenos superficiales terrestres y los efectos botánicos de los árboles. En este caso de estudio, las avenidas torrenciales son el proceso; los impactos, sepultos e inclinación de los árboles por el proceso son el evento; y las anomalías en el interior de los anillos y en el patrón de crecimiento de P. ponderosa son la respuesta. De acuerdo con las metodologías propuestas por ^{Kogelnig-Mayer, Stoffel, Schneuwly-Bollschweiler, Hübl, y Rudolf-Miklau (2011)} y ^{Stoffel y Corona (2014)}, un cuadro de eventos dendrogeomorfológicos de los dos sitios de estudio (OSO y OJO) se elaboró considerando las siguientes variables: clave de la muestra; altura del árbol de donde se colectó la muestra; coordenadas UTM (X,Y); caracterización de la muestra; fecha correspondiente al anillo más interno y al anillo externo; edad; año, tipo e intensidad de disturbio; año de evento; y, en algunos casos, posición intranual del disturbio.

El tipo de disturbio en cada muestra se visualizó con un estereomicroscopio detectando si fue impacto, tejido calloso, crecimiento excéntrico, madera de compresión, crecimiento suprimido y realce en crecimiento. Estos disturbios son los más comunes en investigaciones dendrogeomorfológicas (^{Stoffel & Corona, 2014}); además, ^{Schweingruber, Eckstein, Serre-Bachet, y IndBrfu (1990)} mencionan que el análisis visual es una herramienta importante para la identificación de la disminución repentina del crecimiento o de su aumento.

En función del tipo de disturbio o respuesta, y con base en los criterios propuestos por ^{Kogelnig-Mayer et al. (2011)}, se determinó la intensidad en los troncos de árboles descortezados, la cual se dividió en muy débil, débil, moderada, fuerte y muy fuerte. Para la supresión en crecimiento, los niveles categorizados corresponden a débil, cuando el ancho del anillo fue menor de 60 % con duración igual o mayor de dos años; moderada, cuando el ancho del anillo fue igual o mayor de 60 % con duración entre dos y cinco años; y fuerte, cuando el ancho del anillo fue mayor de 60 % con duración igual o mayor de cinco años (^{Stoffel & Corona, 2014}).

En el caso de las cicatrices, su ubicación dentro del anillo anual se definió y se asoció con la época o estación del año aproximada de ocurrencia del evento. A través del estereomicroscopio, la etapa de crecimiento en la cual fue percibido el disturbio se identificó y se categorizó como madera temprana y tardía. La madera temprana es la parte del anillo de crecimiento de color claro y menos densa, que se subdivide en tres etapas de crecimiento: madera inicial (Early Earlywood o EE), madera intermedia (Middle Earlywood o ME) y madera final (Late Earlywood o LE). La madera tardía corresponde a la estructura de color oscuro y más densa que visualmente es discernible al final del anillo de crecimiento y se subdivide en dos etapas de crecimiento: madera inicial (Early Latewood o EL) y madera final (Late Latewood o LL).

Finalmente, se definió el año del evento de dinámica torrencial. La reconstrucción de avenidas torrenciales se basó en el análisis de replicación e intensidad de disturbios dentro de las series de los anillos de árboles y en la distribución espacial de los árboles afectados.

Análisis de información climatológica histórica

La información climatológica histórica se recopiló de varias fuentes para la validación de las fechas de eventos geomorfológicos reconstruidas en el área de estudio. 1) Información sobre los huracanes que afectaron el área de estudio y pudieron estar asociados con las avenidas torrenciales, la cual fue extraída del Centro Nacional de Huracanes (NHC, por sus siglas en inglés) y de la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA, por sus siglas en inglés). 2) Información histórica del Servicio Meteorológico Nacional sobre los ciclones tropicales que tocaron tierra en México. La trayectoria de los huracanes y ciclones y su cercanía al área de estudio se analizaron para cada uno de los años en que se registró una avenida torrencial. 3) Información meteorológica histórica de precipitación, y precipitación promedio mensual del punto más cercano al área de estudio, obtenidas de la malla de precipitación para todo México (^{Terán, 2010}). Los eventos geomorfológicos se asociaron con incrementos o eventos extraordinarios de lluvia.

Cronología de anillos de árboles

El registro de los anillos alcanzó una serie de 67 años que comprende el periodo de 1949 a 2015. La edad media fue de 45 años; los árboles muestreados crecieron en lóbulos activos de dinámica torrencial y se ubicaron en terrazas jóvenes y cerca al sector del cauce principal, a lo cual se atribuye su corta edad. De acuerdo con ^{Franco-Ramos, Vázquez-Selem, Stoffel, y Villanueva-Díaz (2018)}, las zonas próximas a escarpes (zonas de desprendimientos de rocas) o en condiciones inestables limitan el desarrollo del arbolado, encontrando individuos jóvenes (<50 años), en contraste con zonas más estables, donde generalmente se ubican árboles más longevos. En este estudio, no se registraron individuos longevos en zonas inestables, posiblemente por la ocurrencia de algún fenómeno natural (incendio) o geomorfológico que suprime el desarrollo de los árboles. En territorios afectados por avenidas torrenciales en la Patagonia andina, ^{Casteller et al. (2015)} reportaron que la edad de los árboles suele ser más longeva en relieves con poca inclinación (estables), a diferencia de los territorios con pendientes abruptas (inestables).

Del total de las muestras analizadas con evidencia de disturbio (19 árboles), se logró fechar 68 % (Figura 3a); la correlación entre series de crecimiento fue significativa (r = 0.403; P < 0.001). Esta resultó estadísticamente aceptable comparada con la correlación significativa mínima (r = 0.328; P < 0.001) que el programa COFECHA establece para lograr un fechado exacto (^{Holmes, 1983}). Estos resultados dejan de manifiesto el potencial dendrocronológico del P. ponderosa en el norte de México, como previamente reportaron ^{Dieterich y Swetnam (1984)}, quienes determinaron el potencial de esta especie para el fechado y análisis de cicatrices de incendio en Arizona, EUA.

Las muestras restantes (32 %) no se pudieron incluir en la base de datos para validar su fechado con el programa COFECHA, debido a que presentaron patrones de crecimiento diferentes, lo cual se atribuye a que los eventos impactaron la zona de estudio y generaron gran magnitud de disturbios en los anillos de crecimiento.

Figura 3 a) Series de ancho de anillos de Pinus ponderosa en los cañones de Los Picos de Davis, Múzquiz, Coahuila. Las series individuales se indican en color negro y la serie promedio en color rojo. Las flechas en color azul indican los incrementos en crecimiento atribuibles al aumento de las lluvias por los huracanes, y en color rojo, las supresiones por efecto del daño causado por las avenidas torrenciales. b) Ejemplo de la posición intranual de una cicatriz como evidencia dendrogeomorfológica causada por una avenida torrencial. c) Acercamiento de una cicatriz producida por impacto entre la mitad y el final de la madera temprana del año 2010. 

Análisis de los disturbios en los árboles por avenidas torrenciales

Los anillos de crecimiento de las 19 muestras analizadas tuvieron 25 disturbios ocasionados por el paso de avenidas torrenciales. En general, el cañón del OSO tuvo más disturbios (68 %) que el cañón del OJO (32 %). El disturbio más común fue en forma de cicatriz por impacto directo en el árbol con 72 % del total, dividido en 52 % y 20 % para el cañón del OSO y cañón del OJO, respectivamente. El segundo disturbio más común (20 %) fue la supresión en el crecimiento de los anillos, registrando 8 % en el cañón del OSO y 12 % en el cañón del OJO. Por último, 8 % de las muestras registraron anillos excéntricos y madera de compresión; estos tipos de disturbio solo se observaron en el cañón del OSO (Cuadro 1).

Para el caso de lahares (^{Franco-Ramos et al., 2018}) e inundaciones (^{Ballesteros-Cánovas, Stoffel, & Bodoque, 2010}), las cicatrices por impacto y el tejido calloso, en árboles del género Pinus, son anomalías de mayor significancia dendrogeomorfológica por tener una fuerte señal y certidumbre. Entre mayor sea la intensidad de cualquier disturbio en los anillos de crecimiento, mayor será la confiabilidad de que se registraron procesos geomorfológicos, mientras que la incertidumbre de que sea por otros factores, como el clima y las plagas, se reduce (^{Stoffel & Corona, 2014}).

De acuerdo con los métodos dendrocronológicos utilizados, las cicatrices se fecharon con una resolución estacional o subanual. El mayor número de cicatrices se registró al final de la madera temprana (LE) y en la madera tardía (Cuadro 2), correspondientes a la estación de lluvias de verano o eventos de lluvia torrencial; la saturación hídrica del suelo pudo favorecer la ocurrencia de los flujos de escombro. De acuerdo con ^{Casteller et al. (2015)} en montañas de la Patagonia, las avenidas torrenciales suelen ocurrir en periodos de lluvia intensa durante uno o tres días consecutivos. En zonas volcánicas del centro de México, ^{Franco-Ramos et al. (2016)} y ^{Franco-Ramos, Vázquez-Selem, Stoffel, Cerano-Paredes, y Villanueva-Díaz (2019b)} han reportado que la mayoría de los disturbios en los anillos asociados a lahares se encuentran en la madera tardía (julio a octubre), debido a la presencia de lluvias torrenciales favorecidas por la temporada de huracanes del Atlántico y del Pacífico. No obstante, ^{Muñoz-Salinas y Castillo (2015)} han detectado que los eventos de inundaciones con mayor caudal para el sureste México se relacionan con anomalías climáticas como el ENSO (El Niño-Oscilación del Sur) y que las avenidas más grandes de ríos se producen durante La Niña, lo que resulta en inundaciones.

En 8 % de las muestras con crecimiento excéntrico en árboles inclinados, la intensidad del disturbio se clasificó como fuerte (Cuadro 2), ya que mostraron incremento abrupto en el ancho del anillo de más del 50 % en comparación con los demás anillos. Dicha excentricidad duró mínimo cinco años. Este hecho también pudo influir en la baja correlación entre series del 32 % de las muestras que no se integraron a la base de datos verificada por COFECHA. La madera de compresión identificada en los árboles de P. ponderosa, dentro de la dinámica de avenidas torrenciales, pudo ser ocasionada por el peso de los materiales (bloques y detritos) sobre la base de los troncos en ambos cañones de estudio. De acuerdo con ^{Gottesfeld (1996)}, los troncos de los árboles en zonas ribereñas son comúnmente inclinados, hundidos, descortezados y tienen raíces expuestas por el paso de las avenidas torrenciales. Estas evidencias botánicas son útiles para fechar y reconstruir procesos geomorfológicos. Por otro lado, ^{Stoffel y Corona (2014)} mencionan que la inclinación de los troncos de los árboles también sugiere otros procesos geomorfológicos como son los flujos de escombro y deslizamientos.

Del 20 % de los disturbios que se presentaron como crecimiento suprimido, 16 % mostró supresión de los anillos en una intensidad débil y el otro 4 % mostró crecimiento suprimido con intensidad moderada (Cuadro 2). En 16 % de las muestras se observó que el ancho de los anillos se redujo menos de 60 % con relación al patrón de los anillos anteriores a la supresión y duró más de dos años. En el resto de las series, el ancho de cada anillo decreció más de 60 % con respecto al patrón de los anillos anteriores al evento, con una duración de cinco años. La supresión es provocada por el hundimiento de troncos a causa de detritos y bloques o por la decapitación de copas de los árboles (^{Stoffel, Bollschweiler, Butler, & Luckman, 2010}).

Reconstrucción de avenidas torrenciales

A partir del fechamiento de los disturbios en los anillos de crecimiento y su grado de intensidad, se reconstruyeron 10 avenidas torrenciales en Los Picos de Davis durante el periodo 1990 a 2015 (Figura 4). Las avenidas torrenciales de baja magnitud (relacionada con el número de árboles afectados) dañaron de uno a cuatro árboles. Por otro lado, se fecharon tres avenidas torrenciales de mayor magnitud; la primera ocurrió en 2010 con el máximo número de árboles perjudicados (cinco árboles con impactos) y fue el evento con mayor sincronía, ya que se registró en los dos cañones. El segundo evento sucedió en el 2008 con cuatro árboles con impactos de roca en los dos cañones. El tercero se presentó en el 2003 con cinco árboles afectados, de los cuales cuatro tuvieron impacto de roca y sedimentos. Otras posibles avenidas torrenciales se fecharon en los años 1992 (un impacto) y 1993 (impacto y troncos sepultados), lo que sugiere que son los eventos más antiguos en la cronología de la zona de estudio (Figura 4). ^{Franco-Ramos et al. (2019a)} reportaron eventos máximos por flujo de escombros en el volcán La Malinche de 20, 20 y 21 disturbios para los años 1998, 2005 y 2009, respectivamente. De acuerdo con Franco-Ramos et al. (2018), el número de árboles con disturbios puede dar idea de la magnitud del evento; sin embargo, la cantidad de individuos dañados también tiene que ver con el tipo y dinámica del proceso geomorfológico, posición de los árboles respecto al canal fluvial, edad y disponibilidad de los árboles para muestreo.

Figura 4 Reconstrucción de avenidas torrenciales en dos cañones de Los Picos de Davis, Múzquiz, Coahuila. Las líneas horizontales en color azul representan la longitud de cada una de las muestras; en color rojo, las cicatrices por impacto; y en color verde, las supresiones y crecimientos excéntricos. Las barras en color gris señalan los eventos con mayor número de disturbios en los árboles. 

Influencia de huracanes en las avenidas torrenciales

De acuerdo con información histórica, los eventos hidrometeorológicos extremos (huracanes y ciclones) han afectado la región de Los Picos de Davis a través de las avenidas torrenciales más importantes (Cuadro 3).

El evento más importante y de mayor magnitud por proceso de avenidas torrenciales ocurrió en el 2010. En este año se registró el mayor número de árboles impactados en ambos cañones de Los Picos de Davis (Figura 4) y la máxima intensidad del disturbio. La posición intranual mostró que el evento sucedió a la mitad y al final de la madera temprana (ME y LE) (Figura 3b), lo cual sincroniza con lluvias intensas de 691 mm (promedio mensual acumulado de abril a septiembre). Estas condiciones de humedad coinciden con la presencia del huracán “Alex” de categoría II, el primer huracán de la temporada del año 2010 en el océano Atlántico, proveniente del mar Caribe (Cuadro 3; Figura 5). El huracán “Alex” cruzó por el estado de Tamaulipas como huracán categoría II, por el estado de Nuevo León en categoría I y siguió por San Luis Potosí con intensidad más baja. El huracán también afectó al estado de Coahuila, donde causó lluvias torrenciales y daños significativos por inundaciones. En Nuevo León, el huracán causó pérdidas humanas, por lo que es considerado uno de los más potentes que ha impactado al noreste de México en los últimos 40 años ( ^{Hernández & Bravo, 2010}); además, después del huracán, la depresión tropical “DOS” tocó tierra en Texas y cruzó por los estados de Tamaulipas, Nuevo León y Coahuila, originando lluvias extremas que agudizaron los daños causados por el huracán “Alex” (^{Bravo, 2010}).

Figura 5 Relación entre la precipitación promedio (PP) histórica (1972-2013) y la PP anual de los años 2010, 2008 y 2003, durante los eventos de mayor magnitud en Los Picos de Davis (izquierda). Trayectoria de los huracanes Alex en el año 2010, Dolly en el año 2008 y Claudette en el año 2003 (derecha, imágenes tomadas de la NOAA, https://www.nhc.noaa.gov/data/#tcr). El círculo en color rojo indica el área de estudio. 

La segunda avenida torrencial se fechó en 2008, las cicatrices de impacto se fecharon al inicio de la madera tardía (EL). Los registros de lluvia e hidrometeorológicos sugieren que esta avenida torrencial se desencadenó por el huracán “Dolly” de categoría I (Figura 5) que impactó directamente sobre Los Picos de Davis. Este huracán se generó en julio de 2008 en el océano Atlántico, ingresó al golfo de México y se desplazó hacia el noroeste, donde se intensificó a huracán categoría II (^{Hernández & Bravo, 2008}).

La tercera avenida torrencial ocurrió en el año 2003 (Figura 5), cuyas cicatrices de impacto fueron fechadas al final de la madera temprana (LE). Este evento mostró sincronía espacio-temporal, ya que se identificó en los dos cañones. El factor desencadenante pudo ser la lluvia intensa provocada por el huracán “Claudette”, originado en el Atlántico, el cual mantuvo su trayectoria directamente hacia Los Picos de Davis en el noroeste de México (Figura 5). No obstante, la lluvia no registró incremento importante en relación con la media histórica de ese año (Figura 5). Esto pudo deberse a dos aspectos: (i) saturación de agua del suelo por lluvias previas acumuladas y (ii) la lluvia provocada por el huracán “Claudette” se pudo haber registrado en un periodo corto, aunado a la ocurrencia de un incendio extenso en la primavera del 2003 que afectó los dos cañones, el cual consumió la vegetación que daba soporte al suelo y favoreció el desencadenamiento de los torrentes presentes.

Las avenidas torrenciales más antiguas fueron fechadas en 1992 y 1993; en ambos casos se identificaron cicatrices de impacto (máxima señal de los disturbios). Si bien, no se tiene registro de huracanes para esos años en la región, las lluvias anuales de 658 mm y 383 mm, respectivamente, sugieren la posible ocurrencia de dos avenidas torrenciales.